云母简介及其在塑料中的作用

云母是分布最广的造岩矿物,是层状结构硅酸铝盐的总称。云母种类主要包括白云母、金云母、绢云母、黑云母和锂云母等。其中,塑料工业上常用的有绢云母、白云母和金云母,锂云母是提炼锂的矿物原料。

01绢云母

绢云母是一种天然细粒白云母,属白云母的亚种,是层状结构的硅酸盐矿物,结构由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层组成。绢云母解理完全,可劈成极薄的片状,片厚可达1μm以下(理论上可削成0.001μm),径厚比大;与白云母相比其具有天然粒径小、易超细加工的特点。

绢云母的莫氏硬度为2～3,比重2.7～3.2,pH 值为6～8,折射率随铁含量的增加而相应增高。不含铁的变种,薄片中无色,含铁愈高时,颜色愈深。绢云母对紫外线具有极佳的屏蔽作用,外表呈丝绢光泽,手感细腻润滑。绢云母粉具有独特的耐酸、耐碱、化学稳定性能,还具有良好的绝缘性和耐热性、不燃性、防腐性。

绢云母以其独特的二维片状结构,刚柔相济的优良性能在塑料中有广泛的用途,其优良的性能表现在:能降低制品的收缩率、翘曲率、弯曲度和比重,提高制品的机械性能、耐热性、绝性性、化学稳定性和阻隔性,增加制品表面光泽度和耐候性;用于塑料食品容器、电子灶具时,可提高制品的微波透过性。目前绢云母主要应用于PP、热塑性聚酯、PC、PE、聚甲基戍烯、PA、不饱和聚酯、酚醛塑料、PU 等。

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白云母和金云母

白云母具有玻璃光泽,一般无色透明;金云母有金属光泽和半金属光泽,常见的有金黄色,棕色,浅绿色等等,透明度较差。白云母和金云母具有良好的电气性能和力学性能,耐热性好,化学稳定性和耐电晕性好。两种云母都可以剥离加工成厚度为0.01到0.03毫米的柔软而富有弹性的薄片。白云母粉的电气性能比金云母好,但金云母柔软,耐热性能比白云母好。在工业上用得最多的是白云母,其次为金云母。其广泛应用于建材行业、消防行业、灭火剂、电焊条、塑料、电绝缘、造纸、沥青纸、橡胶、珠光颜料等化工工业。

云母在塑料中的作用

01物理力学性能

具有二维片状结构的云母在塑料中起平面增强作用,提高制品的弯曲弹性模量和拉伸强度。云母增强塑料的物理力学性能介于用玻璃纤维及矿物填料(如滑石)增强的塑料之间,与玻璃纤维增强塑料相比,云母增强塑料的优点是具有较高的模量和较低的翘曲度。

云母在塑料中的取向均匀保证了制品异向同性,防止翘曲变形,另外可赋予制品优良的尺寸稳定性。云母是对PP、PA改性料收缩率影响最为明显的矿物填料,可显著降低制品的成型收缩率。

02耐热性能

云母粉具有良好的热稳定性(耐高温600℃以上),在隔热的同时抑制塑料在热分解过程中挥发物的产生,提高材料的热稳定性(热变形温度和耐高温蠕变性)。

03阻尼性能

云母粉的加入对提高制品的阻尼性能贡献很大,在片状填料的体积效应与摩擦效应共同作用下,材料的能量损耗多,阻尼值大。

04紫外屏蔽性能

云母是兼具优良紫外屏蔽性能(屏蔽率80%以上)和力学增强效果的天然矿物填料,在部分应用体系中(PP)的紫外屏蔽效果可以完全取代有机紫外吸收剂,大大地降低了制造成本。

05电气性能

云母具有极高的电阻,本身是高性能绝缘材料,在低压电器领域(诸如PA改性的漏保、空开、接线盒、电元器件等)、电气通信领域,云母填充是一种理想的选择。如需制造高绝缘性塑料制品,可考虑加入功能性填料湿法云母粉,但是含铁量高的云母的绝缘性能较低,应避免使用。

06阻隔性能

在塑料加工过程中,通过材料的压延、拉伸等作用,云母晶片可在塑料内形成平行取向排列,其取向平行于塑料制品的表面,与气体、液体的渗透逃逸方向相垂直,从而在塑料等材料内形成层层阻隔,使气体和液体极难穿透。气体和液体穿透塑料时,必须不断绕过并逾越云母晶片,穿透途径极其曲折迂回(屏蔽效应和迷宫效应),因此云母填充的塑料具有优良的气体和液体阻隔性能。但要获取优异的阻隔作用,片状填料的径厚比至少要达到50倍,最好在70倍以上。湿法云母粉径厚比高达80~120倍,可用于需要高阻隔性能的塑料材料中。